Kohosen algoritmi

Teuvo Kohonen (1934-2021) oli tekniikan tohtori, akatemiatutkija ja akateemikko. Hän suuntautui urallaan neurolaskennan tutkimukseen. Hän oli maailman tunnetuimpia keinotekoisten neuroverkkojen tutkijoita. 

Tapasin Teuvo Kohosen 1980-luvun alkupuolella. Olin siirtynyt työskentelemään VTT:n tietokonetekniikan laboratorioon, ja tehtäväkseni tuli kehittää tietokoneiden toimintaperiaatteita. Eräs sen aikaisten (ja myös nykyisten) tietokoneiden tehokkuutta rajoittava ongelma on niin sanottu von-Neumann pullonkaula (John von Neumann oli eräs alan varhaisia pioneereja). Kaikki tietokoneet käsittelevät tietoa, eli ammattikielellä dataa. Tietokoneen keskusyksikkö eli prosessori hakee datan pikku pala kerralla erillisestä muistiyksiköstä. Mutta jotta dataa voidaan hakea, pitää tietää, mistä kohdasta muistia, eli mistä osoitteesta data noudetaan. Siksi tietokoneissa käytetään erilaisia menettelyjä pitämään kirjaa datan sijainnista ja kehittämään hakuosoitteita. Ja tämä on hankalaa ja tehotonta.

Olisi paljon helpompaa, jos data voitaisiin poimia suoraan muistista jonkinlaisen sisältövihjeen perusteella. Tällaista muistia sanotaan sisältöhakuiseksi (content accessible memory). Kun aloin tutkia tällaisia muisteja, kävi pian ilmi, että Teuvo Kohonen oli kirjoittanut useita artikkeleita ja jopa kirjoja tällaisista muisteista. Otinkin häneen yhteyttä, ja pian minulle selvisi, että ongelma on varsin vaikea (ei se ole vieläkään ratkennut). Pohdin myös siirtymistä hänen tutkimusryhmäänsä, mutta se ei toteutunut. 

Kohonen tutki myös keinotekoisia hermoverkkoja (ANN, artificial neural networks). Ne olivat myös minulle tuttuja, jollain lailla asiat liittyvät toisiinsa. Nämä verkot ovat yksinkertaisista laskentasoluista koottuja rakenteita, jotka ainakin periaatteessa voisivat käsitellä tehokkaasti tietoa. Kukin verkon solu sekä tallentaa tietoa että suorittaa yksinkertaista laskentaa. Omien aivojemme hermosolut ovat ilmeisest tämän kaltaisia, ja siksi minua ja Kohosta yhdisti myös kiinnostus aivojen tutkimiseen.

Teuvo Kohonen oli tehnyt tärkeän keksinnön. Hänen keksimässään verkossa kukin laskentasolu suorittaa itsekseen hyvin yksinkertaista algoritmia. Osoittautui, että kun tällaiseen verkkoon syötetään dataa, verkko jäsentää datan ja tallentaa sen kaksiulotteisen kartan muotoon siten, että kullakin alueella datassa on keskenään samanlasia piirteitä. Tällaista karttaa sanotaan itseorganisoituvaksi kartaksi (eli self organizing map, SOM, tai Kohonen map /Kohonenkarte). Keksintö oli sensaatiomainen ja herätti paljon huomiota, vaikka välittömiä teknisiä läpimurtoja siitä ei seurannut. 

Kului vuosia ja vuosikymmeniä, SOM kartat jäivät elämään tieteellisenä maamerkkinä ja legendana, mutta ne eivät saaneet suoraa jatkoa. Muutama vuosi sitten viimeistelin kirjaani Robottipuisto. Tiedekirjan kirjoittaminen merkitsee, paitsi oman tietovaraston penkomista ja jäsentelyä, myös sitä, että pitää jatkuvasti lukea uusimpia alan julkaisuja. Ehkä oma tieto onkin vanhentunut, tai ehkä alalla on tehty uusia löytöjä, joista ei vielä ole selvillä. Niinpä sitten tuossa työssä törmäsin käsitteeseen ”Mountcastlen algoritmi”. Heikko tuttuuden tunne syttyi jossain aivojeni lokerossa. Vähitellen tuo tunne muuttui yhä vahvemmaksi, asiaa piti tutkia tarkemmin, ja pian uusi löytö asettui paikoillaan. Kerron nyt, mistä on kysymys.

Vernon Mountcastle (1918–2015) oli amerikkalainen neurotieteilijä, joka loi uransa Johns Hopkins yliopistossa Baltimoressa. Hän oli maailman kuuluisimpia aivotutkijoita. Hän kirjoitti äärettömän tärkeän julkaisun jo vuonna 1957. Silti kuulin hänestä ja hänen työstään vasta muutamia vuosia sitten. Tällaista elämä joskus on.

Mountcastle tutki ihmisen aivokuorta. Ihmisen aivokuori (eli cortex eli neocortex) on kooltaan noin 50*50 cm ja noin 1,5-5 mm paksuinen. Se on rypistynyt kaksijakoisen puolipallon muotoiseksi kappaleeksi, niin että se mahtuu hyvin päähämme. Tuon rakenteen alla sijaitsevat kehityksellisesti vanhemmat aivojen osat. Aivokuoressa on tiheästi pakattuja harmaita hermosoluja, ja sen alla on runsaasti valkeaa ainetta. Valkoinen aine koostuu hermosäikeistä, jotka muodostavat solujen väliset kytkennät. Saman tapainen aivorakenne tavataan monilla mutkikkailla eläimillä, mutta ihmisellä se on erityisen hallitseva.

Aivokuoressa erottuu tyypillisesti 6 solukerrosta, ja on havaittu, että solut ovat voimakkaasti kytkeytyneet toisiinsa pystysuunnassa, eli kohtisuorassa aivokuoren pintaa vastaan. Mountcastlen mukaan solut muodostavat pystysuoria laskentapylväitä tai -kanavia, jotka kaikki suorittavat samanlaista laskenta-algoritmia. Aivokuori on kaikkialla samankaltainen riippumatta siitä, mitä tuo kuoren alue tekee. Se on hyvin oppiva rakenne, joka on mukautunut suorittamaan kullakin aivoalueella tarpeellista toimintaa, oli se sitten näkemistä, kuulemista tai jotain mutkikkaampaa. Tällainen rakenne on hyvin joustava, esimerkiksi ihminen usein toipuu aivovammoista, kun lähialueen solut oppivat korvaamaan vahingoittuneen alueen toimintoja. 

Entä mitä tuo algoritmi tekee. Tämän olen ymmärtänyt jo aikaisemmin toisen kuuluisan aivotutkijan, portugalilaisen Antonio Damasion (s.1944) työn kautta. Aivokuoren algoritmit tekevät yleistyksiä. Ne yhdistävät eri aistinelimien (tai muiden lähteiden) signaaleja sellaisiksi muistirakenteiksi, jotka ovat riippumattomia aistilajeista, yleisiksi muistihahmoiksi. Muistikuvamme ovat tällaisia, vaikka niihin voi liittyä heikkoja kuva-, tai äänihahmoja. Ne on kuitenkin rekonstruoitu, meillä ei ole tarkkaa valokuva- tai videomuistia. 

Entä miten tämä liittyy Teuvo Kohosen SOM-verkkoihin? Siten, että aivokuoren laskentakanavien suorittama ns. Mountcastlen algoritmi on yleiseltä idealtaan hyvin samanlainen kuin SOM-verkon soluen algoritmi. Yhteys on siis periaatteellinen, anatomista tai algoritmitason samankaltaisuutta ei tietenkään ole. 

En tiedä, onko kukaan koskaan huomannut tätä Mountcastlen, Damasion ja Kohosen töiden yhteyttä. No, tässä se nyt on, nauttikaa!

Kouluta sisäinen zombisi

Edellisessä kirjoituksessa oli mietteitä taiteen olemuksesta. Kun aloin tutkia asiaa, kävi selväksi - ainakin minulle itselleni - että taide eri olekaan mikään mielivaltaisesti itse kesitty kulttuurin artefakti - siis suomeksi kyhäelmä. Asia on toisin. Taiteella on biologinen pohja, sillä se perustuu ajattelukoneistomme ominaisuuksiin, ja ne taas ovat syntyneet evoluution kautta. Oivallus ei ole uusi, sillä jo Charles Darwin epäili jotain tällaista. Oudompaa on, että taide perustuu automaattisiin reaktioihin, joista olemme vain heikosti tietoisia. Hienostuneet taiteelliset saavutuksemme, joista olemme jostain hämärästä syystä ylpeitä, saattavatkin olla robottimaisten toimintojen tuloksia. Lisäksi taide ei ole absoluuttista, vaan liittyy sosiaalisen arvottamisemme hierarkioihin. Tästä kerroin enemmän edellisessä kirjoituksessani Taide ja aivot.

Mutta nyt aion pohtia hieman edellisessä kappaleessa mainittua suurta psykologista, tai oikeastaan neuropsykologista mysteeriä. Mysteeri on hieman väärä sana. Pikemminkin kyse on outouden tunteesta. Ei selittämättömästä asiasta, vaan siitä, että kun neuropsykologia selvittää arkipäiväistä asiaa, johtopäätös tuntuu oudolta. Tuo arkipäiväinen kysymys kuuluu: miten me ihmiset ajattelemme, reagoimme ja teemme päätöksiä? Vallalla oleva perinteinen selitys on uuden tutkimustiedon valossa mahdoton, se on todellinen mysteeri. 

Emme ajattele ja toimi siten kun tunnemme toimivamme. Luettelen lyhyesti tätä väitettä tukevia seikkoja. Tietoinen ajattelumme on tavattoman hidasta. Aivojemme työmuisti, eli se tila johon sijoitamme väliaikaisesti tietoisia ajatuksiamme ja kokemuksiamme on suppea. Tietoisuudessamme voi olla vain 3-5 kohdetta yhtä aikaa. Tietoa varastoiva pitkäkestoinen muistimme on kylläkin laaja, mutta hyvin epäluotettava. Reaktiomme ovat hitaita, nopeimmillaankin 0,3 sekunnista ylöspäin, mutta vain silloin, kun olemme valmistautuneet reagoimaan. Jos reaktion aiheuttava heräte on yllättävä, reaktioaika on sekunnista ylöspäin. Emme ole lainkaan loogisia, ja aritmeettiset kykymme ovat alkeelliset. Jos lukija ei tunne tätä asiantilaa ennestään, sitä voi olla vaikea ymmärtää tai hyväksyä edellisen kuvauksen perusteella. Tarkempaa tietoa löytyy kuitenkin varsin yhtäpitävästi esitettynä 2000- luvulla kirjoitetuista oppi- tai tietokirjoista. 

Mikä on ihminen? Ihminen kokee olevansa aktiivinen, tekojaan pohtiva, tavoitteisiin pyrkivä ja vastuullinen toimija. Sana kokea on tässä keskeinen. Sisällämme asuva ja vaikeasti määriteltävä minä tai itse tuntee noudattavansa oman elämänsä ainutlaatuista käsikirjoitusta. Vaihtelevassa määrin suunnittelijana, rohkeana toimijana, mukautujana, kamppailevana tai kärsivänä. Järkevästi ajatellen tehtävä on heikosti varustetulle tietoisuudellemme mahdoton. Siitä huolimatta emme koe olevamme automaattisesti toimivien aivojemme koneiston vankeja tai elämämme sivustaseuraajia. Useimmat eivät koe, mutta jos joltain kumminkin siltä tuntuisi, hän saa diagnoosin vaikeasta masennuksesta ja sosiaalisien toimintakyvyn menetyksestä.  

 

Ehkä pitää pohtia asiaa tarkemmin, ilman ennakkoluuloja ja turhia pelkoja. Tarkastellaan aluksi ihmisen kognitiivista toimintaa järkiperäisesti, tai jopa raadollisesti. Kognitiivinen tarkoittaa yksinkertaisesti hermoston suorittamaa tiedonkäsittelyä, joka ilmenee ympäristöön reagoivana ja tavoitteisiin tähtäävänä käyttäytymisenä. Kuten jo vihjasin, tuo toiminta on vain vähäisessä määrin tietoista. Esimerkiksi hidas tietoinen minämme ei pysty mitenkään ohjaamaan liikkeitämme. Kun haluamme kävellä tai ojentaa kätemme tarttuaksemme johonkin esineeseen, aivoissamme aktivoituvat automaattisesti toimivat neuronien piirit, jotka käsittelevät omia aistimuksiamme ja  ohjaavat lihaksiamme. Insinöörit, jotka ovat koettaneet rakentaa kävelevää robottia, ovat huomanneet että käveleminen on vaikea suoritus jopa tehokkaasti laskeville moderneille tietokoneille. 

Aivotutkijat Francsis Crick ja Christof Koch keksivät nimittää näitä toimintaamme ja jopa tuntemuksiamme ohjaavia neuronipiirejä zombiagenteiksi. Koska ne ovat ikään kuin sieluttomia automaatteja. Ne eivät ole tietoisia toisistaan eikä tietoinen mielemme ole juurikaan tietoinen niiden sisäisistä tiloista. Annamme niille ylimalkaisia ohjeita, ja havainnoimme niiden toiminnan tuloksia. Jalkamme kuljettavat meitä, ja kätemme tarttuu esineeseen. Mestarillisen tarkasti ja taitavasti. Toinen tapa lausua tämä asia on kutsua noita zombeja taipumuksiksi. Olemme taipumusautomaatteja. 

Zombien toiminta ei ohjaa pelkästään motoriikkaamme. Ne näyttävät olevan vastuussa melkein kaikesta mitä teemme. Sosiaalisista suhteistamme. Päätöksien tekemisestä. Jopa tunteistamme. Tämä alkaa jo olla aika hälyttävää. David Libetin kuuluisat kokeet osoittavat, että silloinkin, kun annamme aivoillemme luvan tehdä päätöksiä, zombit tekevät sen puolestamme. Aivokuvaukset ja huolelliset mittaukset osoittavat, että kun teemme yksinkertaisen päätöksen, vaikkapa haluamme liikuttaa kättämme, nimenomaan zombi aloittaa toiminnan. Tietoinen minämme uskoo tehneensä päätöksen, mutta se on jo tehty ja pantu toimeen noin puoli sekuntia aikaisemmin. Johtopäätös näistä kokeista voi olla dramaattinen. Eikö vapaata tahtoa olekaan olemassa? Palaamme johtopäätöksiin kohta, mutta katsotaan ensin, mitä kaikkea muuta zombit tekevät puolestamme. 

Tunteet ovat kehityshistoriassa hyvin vanhoja. Niitä tuottavat vanhat hermoston rakenteet syvällä aivorungossa isojen aivojemme alapuolella. Aivotutkija Antonio Damasio nimittää tunnereaktion laukaisevaa fysiologista reaktiota emootioksi. Tunne on vasta seuraava vaihe, ja se seuraa, kun aivojemme tietoisemmat osat tulkitsevat emootiota. Tämä on taaskin järkevää. On tarpeen reagoida hyvin nopeasti esimerkiksi uhkaan, ja tulkita tilanne tietoisesti vasta myöhemmin. Myöskään vilkas sosiaalinen kanssakäyminen ei onnistuisi, jos meidän täytyisi koko ajan analysoida tietoisesti kumppaneitamme. Jaottelu emootion ja sitä seuraavaan tunteeseen ei ole aivan uusi, jo kuuluisa amerikkalainen psykologi William James (1842 – 1910) päätteli näin. 

Kauan on aavisteltu myös sitä, että moraaliset vaistomme ovat sukua tunnereaktioille. Ne ovat nopeita, tiedostamattomia ja automaattisia. Vältä, tarkkaile tai hyväksy! 1700- luvun talousmies ja filosofi Adam Smith  päätyi tällaiseen ajatukseen teoksessaan Moraalituntojen teoria. Ja hän oli ilmeisen oikeassa. Moraalisista tunteista on tullut ihmisille tärkeitä, sillä ne ohjaavat sosiaalisuuttamme - ihmislajin tärkeintä piirrettä. Jopa esteettiset kykymme ovat sukua sekä tunteille että moraalille. Monet psykologit ovatkin sitä mieltä, että ihmisellä on enemmän vaistoja kuin eläimillä. Tämä on vastoin arkijärkeä, sillä pidämme itseänne tietoisina rationaalisina toimijoina ja eläimiä vaistojen ohjaamina. Näin ei kuitenkaan ole. Ihmisten maailma monipolvisine sosiaalisine suhteineen ja hienostuneine toimintatapoineen on niin laaja ja haastava, että hitaasti ajatteleva tietoinen minämme ei selviäisi siitä. Tarvitsemme avuksemme rikkaan kokoelman sosiaalisia zombeja. 

Tämä kaikki tuntuu oudolta. Onhan meillä kuitenkin vahva tunne, että hallitsemme omaa elämäämme tietoisesti: ajattelemalla, suunnittelemalla ja toimimalla. Tietoiset aivomme luovat meille tällaisen tunteen. Aivoilla on tehokas kyky tulkita asioita ja koota niistä ymmärrettäviä, yksinkertaisia ja järkeviä kokonaisuuksia. Vasen aivonpuoliskomme, jonne ovat sijoittuneet kielellisen ja käsitteellisen ajattelun kyvyt, tekee tämän selittämisen. Asiaa on tutkittu muun muassa potilailla, joiden aivonpuoliskoja yhdistävät hermoradat on jouduttu katkaisemaan vaikean aivosairauden takia. Tällainen potilas ei huomaa olemuksessaan mitään suurta muutosta, lukuun ottamatta joitakin näköaistin puutteita. Silti hänellä on kaksi erilaista mieltä: toinen puhuva ja ymmärtävä, ja toinen tunteva ja reagoiva. Sopivin koejärjestelyin oikealle aivopuoliskolle voidaan näyttää kuvia, joista vasen aivopuolisko ei tiedä mitään, esimerkiksi ohjeita. Ne voivat saada henkilön reagoimaan näennäisen oudosti. Oikealle aivopuoliskolle voidaan antaa pyyntö nauraa. Kun potilaalta kysytään, miksi hän nauroi, vasen aivopuolisko ei ole tietoinen pyynnöstä, mutta se antaa epäröimättä järkevältä tuntuvan selityksen. Vaikkapa että "te tutkijat olette niin hauskoja heppuja". 

Vähitellen paljastuva uudenlainen ihmiskuva herättää syvää moraalista huolta. Uskonnolliset piirit, filosofit, poliitikot ja oikeusjärjestelmä ovat reagoineet ensimmäisinä. Jos ihminen onkin vain automaattisten ja sieluttomien zombien ohjaamaa kone, järjestäytyneeltä yhteiskunnalta menee pohja. Ihminen ei ole vastuussa teoistaan, eikä häntä siis voi myöskään rangaista. Oikeudenmukaisuuteen ja tasa-arvoon perustuvat käytännöt voidaan unohtaa. On erilaisia tapoja reagoida tieteen edistyksen tuottamaan moraaliseen uhkaan, ja kuten historia ja vaikkapa ilmastonmuutoskeskustelu osoittavat, välittömin reaktio on tosiasioiden kiistäminen. Toisaalta historia on myös osoittanut, että tieteellisen tiedon kiistäminen on huono valinta. Kiistäjät ovat lopulta jääneet tappiolle. 

Mutta onko moraalinen paniikki aiheellista? Ihmiskunta on aina lopulta sopeutunut maailmankuvan mullistuksiin - ja jopa kääntänyt ne menestyksemme avaimiksi. Vakavimpia viimeaikaisia mullistuksia ovat tuottaneet biologian ja fysiikan kehittyminen. Nykyisin emme voisi kuvitella siedettävää elämää ilman modernia lääkintätaitoa, kulkuneuvoja tai sähköä. Ihmiskuvan muuttuminen tulee epäilemättä myös muuttamaan elämää maapallolla, mutta muutos on luultavasti sekä hitaampi että kokonaan erilainen kuin moraalista hätäkelloa soittavat nyt kuvittelevat. 

Tähän tarvitaan perusteluja, ja erityisesti Antonio Damasio on pohtinut tietoisen toimintamme perusteita. Hänen mukaansa tilanne on moraalisen huolen kannalta lohdullinen. On nimittäin tärkeää huomata, että vaikka meitä ohjaavat zombit toimivat itsenäisesti, ne eivät suinkaan ole jäykkiä ja muuttumattomia. Niillä on kyky oppia ja mukautua, vaikkakin kohtalaisen hitaasti. Paljon käytetty esimerkki on polkupyörällä ajaminen. Kukaan ei ole synnynnäinen polkupyörällä ajaja. Vaikka tietäisimme täydellisesti, miten pyörällä ajetaan, ja vaikka olisimme katsoneet muiden ajavan, emme sittenkään osaa. Opimme ajamaan sitkeästi harjoittelemalla. Musiikin harrastajat tietävät myös, miten vaikeaa on soittaminen. Zombimme oppivat sen vähitellen, eikä pelkästään motorisia taitoja, vaan myös musiikin tulkinnan, yhteissoiton, improvisoinnin ja säveltämisen. Aiemmassa kirjoituksessa esitin, kuinka taide on oikeastaan mutkikas sosiaalinen taito, joka kehittyy vähitellen sen harjoittamisen myötä. 

Oppiminen ei ole pelkästään tietoista harjoittelua. Opimme myös katsomalla, miten toiset tekevät ja toimivat. Tähän ilmeisesti liittyy niin sanottujen peilisolujen toiminta. Asia selittyy siten, että koemme ympäristömme ja sen tapahtumat suorittamalla aivoissamme ympäristöä kuvaavaa dynaamista mallia. Ja ilmeisesti mallia suorittavat osin samat tai saman tapaiset neuronipiirit, jotka ohjaavat omaa toimintaamme. Evoluutio kun on säästeliäs, kerran kehittyneet rakenteet säilyvät ja muuntuvat uusiin tarkoituksiin. Näin sisäisten zombiemme mekanismit saavat harjoitusta myös tarkkailusta ja oppivat vähitellen. Tietenkään emme opi soittamaan pianoa katsomalla pianoa soittavaa ihmistä. Tai opimme sen toki tietyssä määrin, mutta hienosyisempi toiminta, todellinen soittaminen vaatii ankaraa tietoista harjoittelua. Asia on monimutkainen ja vain osittain ymmärretty, mutta tällaiselta se minusta näyttää. 

Kokonaiskuva on siis monimutkainen Tietoinen mielemme tarkkailee ja ohjailee zombiarmeijamme toimintaa ja myös harjoittaa ja kouluttaa sitä. Tämähän on myös osittain automaattinen taito, joten sen pohtiminen ei ole aivan yksikertaista. Yleinen johtopäätös on kuitenkin tehtävissä. Tietoinen mielemme todella vaikuttaa tekemisiimme. Sen käytössä on aivojemme automaattinen koneisto, joka tosin on varsin itsenäinen, mutta ei täysin. Moderniin ihmiskuvaan kuuluu sen pohtiminen ja ymmärtäminen missä ovat tietoisen kontrollimme rajat ja mikä on vapaan tahtomme toimivalta. Se on paljon rajoitetumpi kuin kuvittelemme, mutta ei merkityksetön. Ihmisellä on yksilönä kehittymisen mahdollisuus, ja myös kulttuureilla on kehittymisen ja muuttumisen optioita.

Oma elämämme jäsentyy, kun koulutamme pitkäjänteisesti ja tavoitteellisesti sisäisiä zombejamme. Sillä zombeilla ei ole tajua tulevaisuudesta eikä tavoitteista, ja menneisyys on niille vain opittujen taipumusten varasto. Ajan hallinta, menneiden tapahtumien muistaminen ja tulevaisuuden suunnittelu on tietoisen mielemme erityinen ja ainutlaatuinen kyky. Ja koska siirrämme tämän elämämme jäsentämisen taidon lajitovereillemme ja tuleville sukupolville symbolisen viestinnän kautta, myös kulttuurit ja koko ihmiskunta kehittyvät. Valistuksen ihanne tuntuu olevan sittenkin totta. 

Tämä oivallus selvästi pelastaa ihmiskunnan moraaliselta katastrofilta ja avaa kehityksen polkuja, hyviä ja huonoja. Tosin ei tuo pelastus ole oivalluksen varassa, vaan aivan ilmeisesti moraalia ja kulttuuria suojelevat myös biologisperäiset taipumukset ja syvällisesti omaksutut kulttuuriset tavat.

Jää kuitenkin vielä eräs huoli. Edellä esitetty neuropsykologinen kuvaus mielemme toiminnasta sisältää vahvan oletuksen. Mieli syntyy aivojen toiminnasta, ja aivot ovat olemukseltaan kone. Voiko koneella olla vapaa tahto? Minulle ilmeinen mutta monille vaikeasti hyväksyttävä vastaus on myönteinen. Konemainen toiminta ei ehkä vastaa yleistä mielikuvaa vapaasta tahdosta. Jos niin on, pahempi juttu mielikuvalle vapaasta tahdosta. Mielen koneisto on suunnattoman monimutkainen kone, joka toimii suunnattoman monimutkaisessa ympäristössä. Siinä kaikki. 

On vielä eräs mielen konetta vastustava argumentti. Jos mielestä ja sen ympäristöstä voitaisiin tehdä täydellinen kopio, ja nuo kaksi mieltä käynnistettäisiin samanlaisesta alkutilasta, kehittyisivätkö ne samalla tavalla? Mielestäni eivät, niiden tulevaisuudet voisiat poiketa paljonkin toisistaan. Syynä on aivojen koneen hienojakoisuus. Aivot toimivat hermosolun tasolla tarkasteltuna hyvin pienillä energiatasoilla. Nuo energiat ovat lähellä niitä energioita joilla atomit ja molekyylit värähtelevät. Insinöörikielellä sanottuna aivojen tiedonkäsittelyyn sekoittuu kohinaa. Kohina on informaatioteorian perusasioita, ja fysiikan perusasioihin puolestaan kuulu, että molekyylien värähtely ei ole yksityiskohtien tasolla ennalta määrättyä. 

Tämä saattaa lohduttaa niitä, jotka haikailevat vapaan tahdon perään.

Vaikein ongelma ja suurin salaisuus

Olen joskus kirjoittanut, että kun tapahtuu todella merkittävä tieteellinen läpimurto, media ei oikeastaan noteeraa sitä mitenkään. Se läpimurto nimittäin ei vaikuta läpimurrolta; se on liian outo, ja jotain sellaista mitä ei ole osattu kuvitella. Se ei vastaa yleistä kuvitelmaa innovatiivisesta tapahtumasta tai prosessista. Lisäksi ongelman kimpussa yleensä puuhailee suuri määrä ihmisiä, eikä oikein saada selville, kuka on se propellipää, jota pitäisi juhlia sankarina. Media odottaa jotain sellaista, mikä on jo tuttua vaikkapa elokuvista: sädepyssy tai antipainovoimavyö tai teleporttaus.

Portugalilainen, Iowan yliopistossa pitkään työskennellyt aivotutkija Antonio Damasio on tarttunut ongelmaan, joka lienee vaikeimpia, mitä tiede osaa itselleen asettaa. Hän kysyy: mitä on tietoisuus, ja miten se syntyy. Ongelma on vanha, ja mm. René Descartes on aikanaan antanut siihen väärän vastauksen - yhden monista. Mutta Damasio oivalsi, että ratkaisu ei ole pyhissä kirjoissa eikä filosofien saivarteluissa. Tietoisuuden synnyttää kone, joka on monimutkaisin, mitä kuvitella saattaa. Ja salaisuus selviää tutkimalla tuon koneen toimintaa. Tuo kone on ihmisen aivot (tässä vaiheessa sivistynyt humanisti painaa kiireesti selaimen back- tai exit- nappulaa; kannustan siihen, sillä pahempaa on tulossa).

Luin siis Damasion kirjan "Tapahtumisen tunne: Miten tietoisuus syntyy". (Terra Cognita 2000). Ja ihmettelen nyt, miksi vasta nyt! Ja olen vakuuttunut, että Damasio on oikeassa, tai ainakin hyvin lähellä sitä. Koska olen itse seurannut aivotutkimusta amatöörinä yli 30 vuotta, ja koska olen saanut hyvin perinpohjaisen koulutuksen ja jopa kokemuksen tietoa käsittelevien koneiden teoriasta. Ja koska Damasio esittää jotain sellaista, mitä olen itsekin aavistellut, vuodesta 1993, mutta se on toinen juttu, ja toisen kirjoituksen aihe.

Damasion kirja ei ole helppoa luettavaa, mm. terminologian takia. Damasio juoksuttaa rinnan kahdenlaista puhetapaa: sitä, jota itse käytämme kun puhumme ajattelusta, ja sitä, jolla kuvataan neuraalisten rakenteiden toimintaa. Se on selkeää, mutta se ei ole helppoa seurata, etenkin kun kääntäjäkin on välillä harhateillä. Taustani takia pystyin lukemaan ja ymmärtämään kirjan, mutta en välttämättä suosittele sen lukemista.

Sen sijaan kehotan kiinnostunutta lukijaa lukemaan - ainakin aluksi - toisen Damasion kirjan: "Descartesin virhe: Emootio, järki ja ihmisen aivot " (Terra Cognita 2001). Kirja on viehättävä, ja pohjustaa hyvin hänen teorioitaan. Damasion työ on hyvin materialistista, mutta hänessä paljastuu runollinen ihmisyyden puolustaja ja monipuolinen kulttuurin tuntija.

En tietenkään aio tässä selittää Damasion tietoisuusteoriaa, se olisi mahdotonta, mutta listaan otsikkotasolla joitakin pääkohtia. Ehkä ne antavat vihjeitä ja rohkaisevat etsimään lisää tietoa.

• Tietoisuus on tunne, ja sen perustana ovat aivojen vanhat rakenteet. 
• Tietoisuus on aktiivisesti toimiva mekanismi, ja se voidaan kuvata tarkkaan 
• Voidaan paikallistaa sitä tuottavat neuraaliset rakenteet 
• Tietoisuus on eri asia kun tajuissaan oleminen; eräissä tapauksissa ne esiintyvät toisistaan riippumatta.
• Tietoisuus ei ole vain ihmisen ominaisuus, vaan vanhempi, ja esiintyy myös eläimillä.
• Tietoisuus ei synny kielen kautta, vaikka kielellä on rooli ihmisenä olemisessa.
• Tietoisuus on hierarkkinen, sen alemmat osat ovat geneettisesti määräytyneitä
• Seuraavaksi ylemmät kerrokset syntyvät yksilökehityksessä lapsuudessa
• Korkeammat osat rakentuvat yhteisön ja yksilön vuorovaikutuksessa
• Tietoisuuden ylimmät osat ovat kulttuurisia; niiden kehitys on avoin, ihmiskunnalla on edelleen kehittymisen optioita.

Tarvitseeko edes sanoa, että ihmisen sielulle ja tuonpuoleiselle elämälle ei tässä ole mitään sijaa - paitsi kulttuurisina kuriositeetteina. Sen sijaan tuntuu siltä, että luvassa on jotain paljon parempaa. Uskon, että tietoisuuden ymmärtämisellä tulee olemaan suuri vaikutus, mutta se ei tule yhdellä rysäyksellä, vaan vasta vähitellen. Minusta myös tuntuu, että Damasion ja muiden tietoisuuden tutkijoiden työ tarjoaa hyvin positiivisia ratkaisuja ihmiskunnaan vaikeimpiin ongelmiin.

Toivon, että nämä aavisteluni osuvat oikeaan. Suorastaan odotan sitä.

Tiedemiehet muistelevat

En ole koskaan tuntenut vetoa ruveta lukemaan niin sanottujen suurmiesten muistelmia. Sama pätee oikeastaan myös kuuluisien tiedemiesten muistelmin. Vuosia sitten rikoin kuitenkin käytäntöäni vastaan, koska olin työni takia tutkimassa avaruussukkula Challengerin onnettomuuden taustoja. Siksi luin Richard Feynmanin kirjan (tuolloin alkukielellä): "Mitä siitä, mitä muut ajattelevat? : lisää kummallisen tyypin seikkailuja" (Ursa 1998). Olin täysin lumoutunut. Myöhemmin oli pakko lukea myös toinen kirja, "Laskette varmaan leikkiä, Mr Feynman!" : kummallisen tyypin seikkailuja. (Ursa, 2006).

Feynman (1918-1988) piti itseään jonkinlaisena nerona (hän oli mukana Manhattan-projektissa ja sai fysiikan Nobelin vuonna 1965 kvanttielektrodynamiikan kehittämisestä). Hän ei kuitenkaan korosta loputtomasti omia ansioitaan. Sen sijaan hän kuvaa sosiaalisia yhteentörmäyksiään ja inhimillistä tyhmyyttä. Hahmo on klassinen, naiivi ihmettelijä, joka käyttäytyy luontevan suoraviivaisesti ja joutuu sen takia ongelmiin. Hän toteaa myös olleensa kusipää, joka jossain uransa vaiheessa roikkui kapakoissa, ryyppäsi ja tappeli, ja ryhtyi harrastamaan naisten piirtämistä päästäkseen malliensa sänkyyn. Kirjat ovat loistavia, tosin hän ei kirjoittanut niitä itse, vaan sen työn teki hänen ystävänsä, kirjailija Ralph Leighton.

Joten ehkäpä sittenkin kannattaisi lukea enemmän tiedemiesten muistelmia. He sentään ovat tehneet jotain hyödyllistä, mitä monesta niin sanotuista suurmiehistä ei voi sanoa. Miksi yleensä muistelmia luetaan? Yksi syy on fanitus, halutaan tutustua ihailtuun henkilöön. Toinen syy on yrittää oppia, miten merkkihenkilöksi pääsee. Kolmas syy on kiinnostus heidän elämäntyönsä alueeseen. Ja lopuksi, voihan olla, että ne ovat hyvää kirjallisuutta.

Taidan valita kolmossyyn. Muistelmia aletaan yleensä kirjoittaa uran loppupuolella, ja on mahdollista, että paljon kokenut tiedemies pystyy kertomaan jotain olennaista tieteenalansa kehityksestä tai sen asemasta ja merkityksestä maailmassa. Olenkin lukenut lukuisia muistelmakirjoja, samoin kuin kirjoja, joissa joku toinen arvioi heitä ja heidän elämäntyötään.

En kuitenkaan voi sanoa, että muistelmat olisivat mielilukemistoani. Tosiasiassa tiedemiesten muistelmat ovat lähes pääsääntöisesti pettymys - ja olen koettanut pohtia syytä siihen. Eräs syy on, että on alettu arvostamaan tiukkaan fokusoituja ja ahtaasti rajattuja tutkimusteemoja. Tutkijat itsekin tuntuvat pitävän tällaisista rajoituksista, eräskin kehui tällaisen tutkimuksen olevan jollain lailla "puhdasta". Lukija saa turhaan etsiä synteesiä ja kokoavaa näkemystä. Tällainen näkemys tuntuu olevan suorastaan ei-toivottua. Lukija saa siis tyytyä keräilemään tiedon fragmentteja - ja tehdä tulkinnan itse. Toinen toistuva teema on erilaiset juorut ja henkilökohtaisuudet. Ne ovat kaikkien muistelmakirjojen suola - jos sellaisesta pitää.

Entä kolmannen osapuolen näkemys? Erityisesti filosofit puuttuvat mielellään kaikenlaisiin asioihin. Koetin seurata keskustelua luonnontieteiden postmodernista tulkinnasta (Jay A. Labinger & Harry Collins. Ainoa kulttuuri? Terra Cognita 2007). Yritys melkein näännytti minut. Oivalsin että filosofit ovat kielellä manipuloivia taitureita, mutta mennessään - usein ja mielellään - pätevyysalansa ulkopuolelle he ovat aivan sokeita ymmärryksensä puutteelle.

Omaelämänkerrallisissa kirjoissaan suuret tiedemiehet osoittautuvat siis varsin inhimillisiksi ja suhteellisen pieniksi. Entä ovatko muistelmat sitten suurta kirjallisuutta? Useimmiten eivät. Ehkä raskas työ on vaatinut veronsa. "All work and no play makes Jack a dull boy".

Parhaiten toimivat kirjat, joissa kokenut tiedemies lähtee tietoisesti etsimään tulkintaa ja ymmärrystä, jättäen elämänkerrallisen aineistonsa ja jopa tieteellisen uskottavuutensa taustalle. Ja todella hienoa on, jos he sopivissa kohdissa liittävät kertomukseen älylliset harharetkensä - ja ehkä pienet menestyksetkin. Suosikkejani juuri nyt ovat Antonio Damasio ja Jared Diamond - ja Feynman, joka muistutti että tieteellinenkin elämä voi olla täyttä elämää.